Observatoire Gemini – Recherche et développement

 

Le Canada est l'un des 6 pays membres d'un partenariat international qui a construit et qui exploite l'Observatoire Gemini, des télescopes optiques/proche infrarouge jumeaux de 8,1 m situés sur l'île d'Hawaï et au Chili. Comme installation d'avant-plan du Canada dans ce domaine, Gemini a considérablement fait progresser la présence et l'influence scientifiques de la communauté astronomique canadienne sur le plan international.

Le CNRC appuie la participation du Canada au consortium Gemini en facilitant l'accès des astronomes canadiens au télescope et en menant des projets de recherche en collaboration avec des universités et d'autres partenaires pour réaliser des découvertes révolutionnaires en utilisant les installations de pointe de l'Observatoire. Des phases de conception et de préconstruction jusqu'aux activités de développement en cours, le CNRC fait aussi participer l'industrie au développement et à l'intégration de nouveaux instruments et de nouvelles capacités pour améliorer la puissance et la portée de Gemini.

Faits saillants

Possibilités de collaboration

Le progrès scientifique en astronomie est étroitement lié à l'innovation technologique. Cette innovation repose sur les efforts de collaboration de partenaires canadiens et internationaux qui peuvent ainsi mettre en commun les ressources et l'expertise importantes et variées nécessaires à la construction et à l'exploitation des grands télescopes d'aujourd'hui.

Les projets collaboratifs liés à Gemini et dans lesquels le CNRC est maintenant engagé sont axés sur la conception de spectrographes, la conception d'enceintes et de fibres optiques présentant des caractéristiques dépassant les meilleures performances et des recherches sur les exoplanètes faisant appel à la dernière technologie optique adaptative, pour ne nommer que quelques domaines.

La technologie à l'appui de la science : les projets d'instrumentation

L'instrumentation des télescopes est à la pointe du développement technologique et le CNRC engage des partenaires du monde de la recherche et de l'industrie à la conception et à la construction d'instruments de fine pointe pour l'Observatoire Gemini. En travaillant de près avec des entreprises canadiennes pour transférer les connaissances et l'expertise nécessaires pour exécuter ces projets, cette collaboration a des retombées sur les capacités de recherche industrielle dans les secteurs adjacents de l'aérospatiale et des technologies de communication de l'information (TIC).

Plusieurs instruments Gemini fabriqués au Canada ainsi qu’un héritage de développements technologiques novateurs ont permis de nombreuses découvertes astronomiques marquantes. Ceux-ci incluent l'obtention avec succès de la première image d'un système d'exoplanète autour d'une étoile grâce à ALTAIR, et le relevé le plus étendu et le plus sensible de planètes géantes, réalisé avec GPI. De très larges relevés de galaxies ont aussi pu être réalisés grâce au Spectrographe Mutli-Objects (GMOS), l`instrument le plus utilisé à Gemini. Tous ces instruments ont été construits, en partie, au CNRC. Le CNRC a également dirigé l'élaboration du concept d'un nouveau spectrographe à haute résolution (GRACES), avec une nouvelle génération d'instruments étant actuellement conçue et construite au CNRC.

Spectrographe optique à haute résolution de Gemini (GHOST)

En collaboration avec l'Observatoire Astronomique Australien et l'Université nationale d'Australie, le CNRC construit le spectrographe et l'enceinte de cet instrument de pointe. Lorsqu'il sera pointé vers le ciel, au début de 2020, GHOST donnera aux utilisateurs la possibilité d'étudier des sources faibles qui pourraient être à la limite de l'analyse par les spectrographes montés sur d'autres télescopes de la catégorie des 8 mètres. Cette capacité est d'une importance particulière pour la communauté astronomique, car il n'y aura probablement pas d'instrument de ce type disponible sur les télescopes de 30 mètres avant une autre décennie.

La construction de GHOST est dirigée par l'Observatoire Astronomique Australien, qui a sous-traité au CNRC la construction du spectrographe et à l'Université nationale d'Australie le logiciel de l'instrument.

Accès à distance de Gemini au spectrographe ESPaDOnS du TCFH (GRACES)

Le CNRC a dirigé cet effort de coopération pour permettre à la lumière des étoiles recueillie par Gemini d'être introduite dans un instrument spécialisé au Télescope Canada-France-Hawaï (TCFH), ce qui permet aux utilisateurs d'en apprendre davantage sur les caractéristiques des objets célestes. Reliant les télescopes avec un câble à fibres optiques de 270 mètres, GRACES combine la grande surface collectrice du télescope Gemini Nord avec le pouvoir de résolution et la haute efficacité du spectrographe ESPaDOnS au TCFH, pour effectuer de la spectroscopie haute résolution dans la région du visible.

Cette percée a ouvert une nouvelle voie vers l'intégration des opérations de télescopes afin de tirer profit de leurs différents points forts, tout en développant les capacités disponibles pour les astronomes et l'industrie. Le CNRC a collaboré avec la firme FiberTech Optica basée à Kitchener, en Ontario, pour faire progresser la technologie nécessaire à la fabrication des fibres optiques conjonctives de haute performance, les plus longues jamais fabriquées pour l'astronomie.

Imageur de planètes Gemini (GPI)

L'optique adaptative du GPI a fait de cet instrument le plus avancé du monde pour l'imagerie et l'analyse des planètes autour d'étoiles et le sondage de leur atmosphère. Le GPI est un bond en avant révolutionnaire de la technologie permettant d'obtenir de l'imagerie à ultra-haut contraste. Le CNRC a construit l'ensemble de la structure mécano-optique, le logiciel de niveau supérieur et le logiciel de commande mécanique, et il a fourni l'expertise en ingénierie-système nécessaire pour connecter ces composantes.

LeLe GPI est le produit d'un projet international dirigé par le Lawrence Livermore National Laboratory et auquel a participé un vaste consortium d'établissements des États-Unis et du Canada, y compris le CNRC, qui a construit la structure mécanique et le logiciel qui contrôle toutes les pièces ensemble. Les autres partenaires sont ;

  • le Center for Adaptive Optics de la National Science Foundation
  • le Laboratory for Adaptive Optics des Observatoires de l'UC
  • le American Museum of Natural History
  • le Jet Propulsion Laboratory de la NASA
  • le Infrared Laboratory de l'Université de Californie à Los Angeles
  • l'Université de Montréal
  • le Space Telescope Science Institute
  • l'Université de Californie à Santa Cruz
  • l'Université de Californie à Berkeley
  • l'Institut Dunlap de l'Université de Toronto
  • le SETI en Californie
Amélioration du plan focal du spectrographe multi-objets Gemini (GMOS)

Le CNRC a été l'un des principaux partenaires dans la conception et la fabrication du GMOS, qui est toujours l'un des instruments les plus productifs de l'Observatoire Gemini depuis presque 2 décennies. Combinant les fonctions d'imagerie et de spectroscopie, l'instrument offre la possibilité d'observer plusieurs centaines d'objets simultanément.

Les instruments originaux ont depuis subi une mise à niveau du plan focal qui améliore considérablement leur sensibilité aux longueurs d'onde du proche infrarouge (600-1000 nm). En étant les instruments les plus utilisés, chaque GMOS prend en charge un large éventail de travaux scientifiques, des études à haute efficacité d'amas d'étoiles et de galaxies éloignées jusqu'à l'étude de supernovae ou d'étoiles explosives qui améliore notre compréhension de l'accélération apparente de l'univers.

Le GMOS a été construit dans le cadre d'une collaboration entre le Centre de technologie astronomique de l'Observatoire royal d'Édimbourg, l'Université de Durham, au Royaume-Uni, et le CNRC. Le CNRC était responsable de la conception et de la livraison de l'optique, ainsi que des installations pré-fente, y compris pour la détection de front d'onde.

ALTAIR

Le CNRC a construit le système d'optique adaptative ALTAIR de Gemini, qui capture 3 fois plus de détails dans le spectre infrarouge que le télescope spatial Hubble et donne aux astronomes la capacité de voir à travers la poussière qui bloque la lumière visible et regarder dans les zones de formation des étoiles. Le système ALTAIR corrige les images en compensant pour la distorsion causée par la turbulence dans l`atmosphère terrestre (mélange d`air chaud et froid). ALTAIR représente une amélioration significative par rapport aux autres systèmes d`optique adaptative, et avec cette meilleure visibilité, les astronomes sont en mesure de jeter un regard dans les pouponnières stellaires ou de regarder la naissance des galaxies qui se sont formées il y a 10 milliards d'années.

Faire progresser notre compréhension de l'univers : projets scientifiques

Les astronomes canadiens ont utilisé les installations et l'instrumentation de Gemini pour faire progresser notre compréhension des exoplanètes et des pulsars, de l'évolution des galaxies a des distances moyennes et des Quasars à de très grandes distances, pour ne citer que les découvertes les plus citées.

Étude d'exoplanètes du Gemini Planet Imager (GPI)

La campagne d'étude d'exoplanètes a utilisé l'imageur GPI, 'cet instrument d'optique adaptative de prochaine génération sur Gemini, pour produire l'imagerie de planètes extrasolaires orbitant autour d'étoiles proches. L'équipe de recherche, qui compte plusieurs membres du personnel du CNRC, a rrécemment publié les résultats de leur campagne de recherche sur 300 jeunes étoiles proches, qui a permis de détecter 6 planètes géantes et 3 naines brunes, produisant la première étude complète des exoplanètes géantes à des distances correspondant aux distances orbitales où se trouvent de tels planètes dans notre propre système solaire. Leur analyse suggère que les naines brunes se soient formées différemment des planètes géantes à grandes distances orbitales, une question longtemps débattu.

La campagne menée à l'aide de l'imageur de planètes GPI a aussi débouché sur la découverte d'une nouvelle exoplanète ressemblant à Jupiter, 51 Eridani b (article en anglais seulement). Cette dernière est un demi-million de fois moins brillante que l'étoile autour de laquelle elle tourne, mais des observations poussées et des techniques de réduction des données – que les astronomes du CNRC ont été parmi les premiers à mettre au point – ont permis de supprimer l'éclat derrière lequel elle se dissimulait. L'imagerie directe a révélé la planète la plus froide et la moins massive jamais identifiée. Son atmosphère, extrêmement riche en méthane, et son jeune âge – à peine vingt millions d'années – pourraient nous aider à comprendre comment les planètes se sont formées autour de notre propre soleil.

Contactez-nous

Pour en savoir plus au sujet de nos recherches collaboratives travaux concertés de recherche et développements technologiques sur Gemini, communiquez avec :

Stéphanie Côté
Téléphone : 250-363-0026
Courriel : Stephanie.Cote@nrc-cnrc.gc.ca

Industries ciblées

Astronomie, aérospatiale, TIC

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